智能仪表的抗干扰和故障诊断
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摘要：智能仪表作为仪器仪表与计算机技术的结合产物，因为计算机技术的快速发展而得到了发展。这种从数字化仪表基础上发展而来的产物，因为本身高度的可靠性和精密度，被广泛应用与多种行业中。本文剖析了智能仪表的发展历程和设计思路，并对其抗干扰和故障诊断进行了分析，最终提出了相应的解决措施。
关键词：智能仪表；抗干扰；故障诊断
中图分类号：P634文献标识码： A
引言
智能仪表一般由四个部分组成，分别是电源部分、显示部分、微处理器部分以及输出输入部分。这四个组成部分中，电源以及输出电路是最容易出现故障的部分，各单元的连接部分也易出现问题，但相较于前面两个部分，它发生的概率较小。接下来针对智能仪表的特点，分析了智能仪表抗干扰的措施以及常见故障的诊断检测。
一、智能仪表的特点
智能仪表因为本身具有强大的功能性，可以胜任一些本来只有人才可以担当的工作，因此在各行各业中得到广泛的应用。先将其本身的特点归纳总如下：
软件和硬件共同组成的智能仪表在运算上有着较大的自主灵活性，同样可以实现运算过程中相关数据的存储处理等的自动控制，和传统仪表相比较，智能仪表的功能明显强大于后者【1】。智能仪表可以自主进行一些计算，明显的提升了测量的精度的。智能仪表的智能化程度已经很高了，基本上已经是自动化操作，因此在进行操作的时候，避免了很多可能因为人操作不当出现的错误；标准通信接口几乎是所有智能仪表必备的，因此当需要接入自动测试系统的时候很方便，可以接受遥控命令，最终实现自动测试的目的。
二、智能仪表的抗干扰措施
1、电源系统
对电源系统采取抗干扰措施的方法很简单，就是隔离开输入输出与系统及与系统相关联的借口，这些被隔离开的部分需要互相保持独立，避免出现彼此间相互影响。通常将电源系统隔离开的方法有两种：直接使用DC/DC变换器，当然这种变换器必须具有隔离直流的功能【2】；为获得不同的直流电源。可以使用具有没有直接关联的变压器的几组次级输出电压，利用这些输出电压分别进行滤波或者整流等处理【3】。在要求较高的控制场合为了避免交流电网的干扰，最好的解决措施就是采用在线不间断电源UPS,这种不间断UPS自身抗电网干扰能力极强，而且可以快速切换到后备电源上。
2、过程通道干扰消除
低压信号是智能仪表中处理最多的信号，经常需要使用长长的电缆将信号源和测量系统相互连接起来，这样造成的后果就是过程通道的实时控制和数据采集工作容易受到周围强电设备的干扰破坏。对于此类干扰的出现，一般可以使用硬件滤波电路进行规避。
3、主机单元配置干扰消除
整个系统的稳定性受到主机单元性能好坏的影响，而单片机芯片则是主机单元的核心。
3.1抑制数字输入端噪声
将RC滤波环节加入到数字电路的接口处，噪声的影响可以利用其延时作用进行控制；将施密特型集成电路加入到滤波器的输出端，抑制输入噪声时可以选择提高输入端的噪声容限。数字电路设置合适的去耦电容可以避免高速跳变电流产生的阻抗噪声。
3.2总线设计的可靠性
总线驱动器的配置是为了在提高总线负载能力的同时，改善信号波形。总线信号的逻辑电平会因为总线负载接近最大负载时受到影响，此时为了改善总线的不平衡程度可以链接I/O线至数据线，这种做法是为了提高系统的可靠性。
4、软件抗干扰措施
呈现毛刺状以及作用时间短是干扰信号最为明显的特点，为了保证采样信号结果一直有效，可以重复采样某一信号；反之多次采样信号不一致的时候，就需要停止采样并发出报警信号；
三、智能仪表的故障诊断
1、检修电源单元故障
开关电源因为本身具有电路简单以及效率高的特点，是大多数智能仪表供电时候的选择。但是开关电源中基本上都采用了脉冲调制器，比如TOP220等型号，这种内部将PWM控制器和MOSFEET功率开关管二合一的元件，因为内部有大功率元件所以容易出现问题。智能仪表的内部空间设计较为狭窄，各元件之间的距离又比较接近，容易相互影响出现电解电容快速老化的情况【4】。下面结合实例，进行简单解说。
1.1XMA-5600型智能仪表电源单元的检修
该仪表的症状表现为没有控制输出和显示。工作人员将其带回检修时进行检查时，发现位于仪表电源部分的线路板出现发黑现象，经仔细检查发现发黑处正是TOP221元件的管脚，因此怀疑该元件损坏的元件是因为工作时温度过高导致的。清楚发生问题的地方后，检修人员对电源部分进行检修，利用万用表测试不加电的仪表时，发现TOP221发黑处已经短路并且电源线路中保险电阻已开路，这些都表示TOP221软件已经遭到损坏。处理措施为：换掉已经损坏的元件，同时更换保险电阻。经处理后，智能仪表恢复通电，运行正常。
1.2SWP-C90型只能仪表电源单元的检修
该仪表的出现的故障为：仪表不显示并且输出部分表现正常。电路电源。微处理器电源和输出电路电源共同组成了智能仪表电源。但结合出现故障的仪表所表现出来的症状，问题很大程度出现在显示电源和显示单元上，因此检测的重点将放到它们身上。同样经过万能仪表检测，显示电路的电压为+5V，但供电电压却只有3V多，明显存在供压不足，电压过低的现象。最终检测人员确定问题出在稳压集成电路LM7805上，更换后问题依然没有解决。后经多次检测，发现LM7805输出端的滤波电容存在问题，更换之后问题得到解决。
2、检修输出控制电路故障
智能仪表的输出形式分为三种，分别是上下限报警、连续电流以及位式输出。电流输出故障是这些电路里经常出现的故障。电流输出之所以经常出现故障，这和它本身的构造有着密切的关系，可控硅的控制和驱动是通过放大器控制三极管调节输出电流的变化来进行的，这就造成了在和外部强电连接时容易出现不确定因素，加上本身就存在调节电位器触头氧化和接触不良的安全隐患，所以极易出现故障问题。
3、检修连接插头故障
模块化结构因为便于生产和维修，因此在智能仪表中被广泛使用，但有利就有弊，模块之间容易出现故障，比如常见的虚焊、接头接触不良的等故障问题。就拿常见的SWP-90型仪表举例来说，如果模块间出现上面所说的问题，就会出现可以正常控使用输出控制，但是参数显示却不完整，时好时坏的。
4、检查软件故障
智能仪表设计的时候都采用了比较成熟的单片机编程技术，因此智能仪表中的软件出现故障的概率很小，但却不是不存在问题。笔者就曾经遇到过这样一个问题，XMA-500温控仪表出现了各参数无法修改的故障。笔者在对其进行检修时发现参数锁处于锁定状态，参考仪表使用说明书时发现，只有修改参数锁在能进行参数修改。可是却无法将参数锁调整到0000状态。最后确认按键和电路正常之后，只能判定出现故障的是微处理器或者是仪表软件，返回厂家进行修理。
结束语：
智能仪表结合了多种高科技术，其使用和维护的要求比较高。为了防止智能仪表出现一些不必要的故障，需要加强抗干扰处理和平时的检修，将一些小故障尽快解决掉，以免对智能仪表的正常使用产生影响。
参考文献：
[1]湛玉凤.智能仪表的抗干扰措施探讨[J].科技促进发展(应用版).2012(08)：89.
[2]沈英才,刘朝英,宋雪玲.智能化仪表的几种程序自检方法[J].河北工业科技.2014(05)：102-103.
[3]查光东.智能仪表在自动精度测试系统中的应用[J].计量与测试技术.2012(05)：56.
[4]张伟光.智能仪表的简便检修方法[J].冶金自动化.2013(03)：123-124.